矿物的化学成分幻灯片

第十二章矿物的化学成分,地壳中化学元素丰度对矿物化学成分的影响元素的离子类型与矿物种类的关系矿物化学成分变化的影响因素矿物中的水矿物的化学式及其计算,1,一、地壳中化学元素的丰度,元素在地壳中的平均含量的百分数，叫克拉克值（美国学者克拉克（F.W.Clark）最先提出），可分为：质量克拉克值，原子克拉克值。地壳中元素丰度极不均匀，最多的氧（O）与最少的氡（Rn）含量相差1018倍。地壳中最常见的元素为：O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg这8种，占地壳总质量的99。,2,常见8种元素的克拉克值,可以形象地比喻：整个地壳是由O离子作最紧密堆积，阳离子充填在空隙中。,3,克拉克值对矿物化学成分的影响:,克拉克值高的元素组成的矿物种含量也高，地壳上的矿物种主要是由前述8种元素组成的硅酸盐（占地壳总质量的3/4）和氧化物（占地壳总质量的1/5）；但是，地壳上的矿物种除了受克拉克值影响外，还要受到元素的地球化学性质的影响，有的元素含量低，但它能够形成独立矿物种，而有的元素尽管含量多，却不能够形成独立矿物种。这就涉及到元素是趋于“聚集”或“分散”的地球化学性质。,4,克拉克值对矿物化学成分的影响:,聚集元素：Au、Ag、Bi、Sb等，尽管克拉克值很低，但它们的地球化学性质是趋于聚集的，所以能够形成独立的矿物种，甚至富集成矿；分散元素：Ru、Cs、Ga、In等，尽管克拉克值较高，但它们的地球化学性质是趋于分散的，所以不能够形成独立的矿物种，往往以微量元素混入物（如类质同像形式）赋存于其他矿物种中。,5,二、元素的离子类型与矿物种类的关系：,惰性气体型离子：外层电子8或2铜型离子：外层电子18或182过渡型离子：外层电子917，有未满的d电子。外层电子构型直接影响到离子的化学键性质。,6,惰性气体型离子：易失去电子，与氧形成离子键，形成氧化物、含氧盐矿物，故称为亲氧元素或亲石元素；铜型离子：电离势高，不易失去电子，与硫形成共价键，形成硫化物，故称为亲硫元素或亲铜元素；过渡型离子：性质介于上述两类离子之间，可形成氧化物、含氧盐，也可形成硫化物，取决于元素在周期表中的位置(靠近惰性气体型离子还是靠近铜型离子)，也取决于外部氧化还原条件。,二、元素的离子类型与矿物种类的关系：,7,二、元素的离子类型与矿物种类的关系：,但是，元素的离子类型与矿物种的关系不是绝对的，在极端外部条件下，也可改变，如：Cu+在氧化环境下也可形成氧化物：赤铜矿Cu2O.,8,三、矿物化学成分变化的影响因素：,类质同像：引起矿物化学成分变化的主要因素。特点：离子之间取代，占据晶格位置，可引起结构、物性等规律性的变化；胶体吸附与脱水：引起胶体矿物（非晶态，准矿物）和含水矿物化学成分变化的主要因素。(下面详叙)非化学计量性：某些变价元素矿物，由于离子价态变化而引起的部分离子缺席空位造成矿物化学成分变化。如：Fe1-XS，其中x=00.125；机械混入：包裹体等。矿物化学成分的变化可以反映矿物形成时的物理化学条件，因而可作为标型特征。,9,关于胶体矿物：,胶体的概念：细分散体系，含分散相（胶粒，一般小于100nm）和分散媒（相当于溶剂，一般是水），与真溶液是不同的。当胶粒含量小于分散媒时，形成的是胶溶体，反之，形成的是胶凝体（固态）。胶粒的特点：比表面积极大，带电荷，具有选择性吸附。胶粒胶体矿物：以水为分散媒的胶凝体，特点：非晶质或超显微隐晶质，具有选择吸附性，水含量不固定。这就导致了胶体矿物的化学成分极不稳定。,10,返回,11,例如：蛋白石，由许多许多的非常细的SiO2胶粒及水组成。单个SiO2胶粒可能有晶体结构，但太小了；许多胶粒组合是杂乱的，因此，整体不显晶态特征而是非晶态或超显微隐晶态。,胶粒堆积形成胶体矿物示意图,12,但是，胶体矿物不稳定，随着时间的推移，会慢慢转化为晶态，这就是胶体的晶化作用，也称胶体老化。为什么？胶体晶化后形成的一般是纤维状的细小晶体集合体，不可能形成一个大单晶。为什么？,13,四、矿物中的水,水是矿物中的一种特殊的化学成分。分3种基本类型及2种过渡类型：吸附水：H2O，被吸附在矿物微粒（胶粒）表面、裂隙中等，不参加晶格，含量不固定，易脱水（100125C），如：蛋白石SiO2nH2O结晶水：H2O，参加晶格，一般在晶体结构中的大空隙中，含量固定，较不易脱水（200500C），脱水后结构改变，如：石膏CaSO42H2O。结构水：OH-，H+，H3O+，以离子的形式存在于晶体结构中，位置、含量固定，非常稳定，极不易脱水（6001000C），脱水后结构完全改变，如：高岭石Al4Si4O10(OH)8。,14,另外还有两种过渡型水：,层间水：H2O，存在于层状结构矿物中的层间大空隙中，与层状结构有一定的键合作用（分子键），但很微弱，脱水后层状结构基本不改变。稳定性介于吸附水与结晶水之间。层间水沸石水：H2O，存在于沸石族矿物晶体结构中的大空隙或通道中，脱水后结构基本不改变。稳定性介于吸附水与结晶水之间。,15,返回,H2O,H2O,H2O,H2O,H2O,H2O,16,五、矿物的化学式及其计算,实验式：白云母：K2O3Al2O36SiO22H2O或：H2KAl3Si3O12仅仅表示各组分的含量比。晶体化学式：KAl2(Si3Al)O10(OH)2不仅表示各组分的含量比，同时还表达了晶体结构信息。,络阴离子团,结构单元层,17,五、矿物的化学式及其计算,晶体化学式的书写原则：1）阳离子在前，阴离子在后；2）多个阳离子时，按碱性强弱排序，按价态低高排序；互为类质同像关系的阳离子用圆括号括起来，按含量多少排序；3）络阴离子团用方括号括起来，更大一级的结构单元用花括号括起来；一般附加阴离子写在所有阴离子的最后，中性水分子写在整个化学式最后，并用“”分开。例如：白云母KAl2(Si3Al)O10(OH)2白云石CaMgCO32镁方解石（Ca，Mg）CO3铁闪锌矿(Zn,Fe)S蛋白石SiO2nH2O请同学们读懂上述晶体化学式的含义。,18,晶体化学式的计算：,总的思路是：以矿物化学分析所得到的元素或氧化物质量，换算成该矿物中各原子、离子系数比例，再结合晶体化学知识判断是否为类质同像关系、是否组成阴离子团等，写出晶体化学式。,19,晶体化学式的计算：,具体做法是：,即：要求已知该矿物的晶体化学通式,20,举例说明：已知单斜辉石晶体化学通式：XYZ2O6,21,以上举例为阴离子法，即以氧原子数为准计算，也可以以阳离子总数为准计算，称阳离子法，计